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随着无线通信系统和多媒体技术的发展,人们对数据传输速率和服务质量(QOS)提出了越来越高的要求。MIMO(multiple input multiple output)和OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)技术相结合拥有众多的优势,成为了未来4G网络的核心物理层技术之一。
本文主要针对以下两个问题进行研究:速率约束下最小化发射功率和基于比例公平的功率约束下最大化信道容量。研究如何将自适应资源分配技术应用到MIMO-OFDMA系统中,根据各个用户的信道状态调整子载波和功率等资源的分配,利用有限的无线系统资源来克服无线信道的衰落特性,从而达到最小化发射功率或最大化系统信道容量的目标,尽可能地提高无线通信系统的性能。
首先,在对MIMO-OFDMA自适应资源分配的基础原理和研究现状进行介绍的基础上,详细分析了Winston在求解MIMO-OFDMA系统速率约束下最小化发射功率这一问题时所提出的算法,该算法主要包含两部分内容,一是基于Lagrange对偶分解思想的求解方法,二是基于对偶比例公平思想的平衰落管理算法,在此基础上总结了该算法的优缺点。
接着,根据Winston平衰落管理算法固有的缺点提出了本文的改进算法,改善其在完全平衰落信道状态下所得到的发射功率解发散的情况。
最后,本文将对偶思想和对偶分解思想应用于MIMO-OFDMA系统功率约束下基于比例公平性的最大化信道容量这一优化问题中,将原问题分解为多个独立的子问题,从而提出了本文的优化算法,其算法复杂度为线性级的,并且所求结果的对偶间隙可忽略不计,从而证明所得解为最优的。此外,为了加快收敛速度,本文用二分法和超梯度算法结合的算法求解目标函数。无论从算法复杂度、比例公平性还是系统信道容量的角度分析,本文的优化算法都比传统的Wong算法和XU算法的性能要好。
本文在理论研究基础上,利用Matlab仿真软件进行分析,验证了本文所提出的思想与算法的有效性。